(a)光子器件內傳播波成像實驗裝置的示意圖。1550 nm信號脈沖(橙色)通過光柵耦合到絕緣體上硅(SOI)波導中，而780 nm泵浦脈沖(紅色)使用長工作距離物鏡聚焦到器件上。當兩個脈沖在時間和空間上重疊時，會產生非線性波(綠色)，通過二向色鏡(DM)與泵浦分離，并由標準CMOS相機收集。P、F和/2分別表示線性偏振器、光譜濾波器和/2波片。(b)軸定義和泵浦光束(垂直入射)、信號光束(沿波導引導)和非線性產生的光束(根據信號波的波矢量以一定角度反射)的傳播方向。(c)單波導截面。

光子集成電路領域專注于光子元件的小型化及其在光子芯片中的集成——光子芯片是一種使用光子而不是電子進行一系列計算的電路。

硅基光子學是一個發展中的領域，與數據中心、人工智能、量子計算等密切相關。它使芯片的性能和成本效益比得到了巨大的改善，因為它基于電子領域芯片中相同的流行原材料。

然而，盡管受益于發達的光刻生產工藝，該工藝能夠精確生產所需的器件，但這些儀器尚不能精確繪制芯片的光學特性。這包括其內部的光運動——由于器件的微小尺寸，很難對制造缺陷和不準確的影響進行建模，因此這是一種至關重要的能力。

來自以色列理工學院安德魯和埃爾納維特比電氣與計算機工程學院的研究人員發表了一篇新文章，以應對這一挑戰，展示了芯片上光子電路的高級光成像。該研究發表在《光學》雜志上，由高級光子研究實驗室負責人蓋伊·巴塔爾教授和博士生馬坦·伊魯茲領導，并與阿米爾·羅森塔爾教授的研究小組合作。研究生科比·科恩、雅各布·海爾丁、約阿夫·哈贊和沙伊·特塞斯也參與了這項研究。

研究人員利用硅的光學特性來繪制光的傳播圖，而不需要任何形式的侵入性動作，這種侵入性動作會擾亂或改變芯片。這個過程包括繪制光波的電場，并定義影響光運動的元素——波導和分束器。

該過程提供了光子芯片內部光的實時圖像和視頻記錄，無需損壞芯片，也不會丟失任何數據。這種新過程有望改善光子芯片在電信、高性能計算、機器學習、距離測量、醫學成像、傳感和量子計算等各個領域的設計、生產和優化過程。

審核編輯 黃宇